连铸过程内钢液流动行为及控制

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中间包和结晶器都是连铸过程中重要的冶金反应器。本文采用数值模拟方法研究了非对称中间包内钢液流动行为和电磁搅拌情况下圆坯结晶器钢液流动行为。在CFX软件中分别采用标准k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型、k-ω湍流模型建立数学模型,模拟计算中间包的流场和RTD曲线,采用平均停留时间曲线来分析中间包流体流动特性。不同湍流模型下连铸中间包的流场结果表明,k-ωω模型得到的中间包流场较其它两个模型会得到更明显的回流区,液面速度最大,比标准k-ε模型的0.051m/s大14.0%,比RNG k-ε模型的0.043m/s大32.9%。k-s湍流模型计算得到的平均停留时间最长,且最长可达452.8s,死区体积比率最小,其值为2.2%。在圆坯结晶器计算中,利用有限元方法,通过求解得到圆坯结晶器内的感应电流和电磁力的分布,对不同励磁电流强度和不同励磁电流频率下的电磁场进行了研究。然后将电磁力作为源项加入动量方程中,求解有无电磁搅拌条件下的圆坯结晶器内的钢液流场,分析电磁搅拌器的不同安装位置对圆坯结晶器流场的影响。对于圆坯结晶器,电磁搅拌过程产生的磁场是旋转磁场,磁感应强度随线圈励磁电流强度增加而增大,随励磁电流频率增加而减小。结晶器处加电磁搅拌对结晶器内流场影响比较大。影响的区域主要集中在搅拌器及其下方很长的一段区域内。相对于无电磁搅拌情况,电磁搅拌后的液面最大径向速度增大了一个数量级,液面最大切向速度增大了两个数量级。电磁搅拌器安装位置的合理选择直接影响到铸坯质量的改善,不同的搅拌器安装位置决定着不同的流场效果。电磁搅拌器安装位置为圆坯结晶器液面下300mm、500mm和900mm处时,最大切向速度分别为0.648m/s、0.608m/s和0.235m/s。电磁搅拌器安装位置的合理选择可有效的改善结晶器液面的流动状态。
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